Осциллограф-ваш помощник [приставки к осциллографу]

В свою очередь, триггер Шмитта подключен к усилителю-ограничителю, собранному на транзисторе VT5 — на его вход (зажим ХТ7) и подается пилообразное напряжение с осциллографа. Причем для нормальной работы всего формирователя импульсов на зажим ХТ7 можно подавать сигнал амплитудой от 0,5 до 20 В. «Излишки» сигнала ограничиваются резистором R17, поэтому ток эмиттерного перехода транзистора VT5 не превышает допустимого во всем диапазоне указанных амплитуд сигнала.

Все транзисторы дополнительного устройства могут быть такие же, что и в предыдущем коммутаторе, диода — любые из серии Д9, конденсаторы — КЛС (СЗ, С4), КМ, МБМ (С6), резисторы — МЛТ-0,25 или МЛТ-0,125.

Чертеж печатной платы для этого варианта коммутатора приведен на рис. 31.

Рис. 31

Конструктивное оформление коммутатора остается прежним, за исключением того, что на задней стенке корпуса устанавливают дополнительный зажим ХТ7, который соединяют проводником с гнездом на задней стенке осциллографа.

Проверку этого коммутатора начинают с контроля пилообразного напряжения на зажиме ХТ7. Для этого «земляной» щуп осциллографа подключают, как и прежде, к зажиму ХТ4, а входным касаются зажима ХТ7 (осциллограф работает в автоматическом режиме с открытым входом, начало развертки устанавливают в начале нижнего левого деления шкалы). При чувствительности 1 В/дел. и крайнем правом положении ручки регулировки длины развертки на экране появится изображение одного пилообразного колебания в виде наклонной прямой линии (рис. 32, а). Такое изображение будет сохраняться при установке любой длительности развертки.

Когда же будете перемещать ручку регулировки длины развертки в другое крайнее положение, длина наклонной линии станет уменьшаться и достигнет минимального значения (рис. 32, б).

Рис. 32, а, б

По масштабной сетке вы сможете определить амплитуду пилообразного напряжения при крайних положениях ручки указанной регулировки — 3,5 В и 1 В.

Затем переключите входной щуп осциллографа на вывод коллектора транзистора VT7 (или на точку соединения конденсаторов С3 и С4), а сам осциллограф переключите в режим закрытого входа и переместите линию развертки на середину масштабной сетки. На экране должен появиться положительный импульс (рис. 32, в), изображение которого в делениях масштабной сетки будет оставаться стабильным при изменении длительности в широких пределах, а также длины ее линии. Если же при изменении длины развертки, а значит, амплитуды входного сигнала на зажиме ХТ7, импульс будет пропадать, следует подобрать точнее резистор R18.

При больших длительностях развертки (10, 20 и 50 мс/дел.) будет наблюдаться искажение сигнала (рис. 32, г), свидетельствующее о дифференцировании импульса во входных цепях осциллографа из-за недостаточной емкости разделительного конденсатора.

Рис. 32, в, г

Выход здесь простой — переключить осциллограф в режим открытого входа, а входной щуп подключить к исследуемой цепи через бумажный конденсатор емкостью 1…2 мкФ.

После этого точно так же щуп с конденсатором подключают к выходному зажиму ХТ3 и наблюдают на экране две линии развертки, как и с предыдущим коммутатором. Чувствительность осциллографа устанавливают равной 0,1 В/дел. Дальнейшая работа с коммутатором не отличается от ранее описанной.

Возможно, вы захотите удостовериться в поочередном переключении линий развертки. Тогда установите кнопками осциллографа самую большую длительность — 50 мс/дел. и поверните ручку длины развертки в крайнее правое положение. Вы увидите медленно перемещающуюся точку то по траектории верхней линии развертки, то по траектории нижней линии.

Не меньший интерес представляют коммутаторы на микросхемах.

На рис. 33, например, приведена схема простейшего коммутатора на одной микросхеме, разработанного курским радиолюбителем И. Нечаевым. Правда, коммутатор обладает сравнительно низким входным сопротивлением, что ограничивает возможности его применения. Тем не менее он заслуживает внимание своей простотой и интересным принципом действия.

На элементах DD1.1 и DD1.2 микросхемы собран генератор прямоугольных импульсов, следующих с частотой около 200 кГц. Элементы DD1.3 и DD1.4 работают инверторами и позволяют согласовать выходное сопротивление генератора с сопротивлением электронных ключей, управляющих прохождением сигналов через каналы коммутатора, а также обеспечить соответствующую развязку между каналами.

С выходов инверторов импульсы (они противофазны) генератора поступают через резисторы R4—R7 на ключи, выполненные на диодах VD1—VD4 для первого канала и на диодах VD5—VD8 — для второго. Если, к примеру, на выходе элемента DD1.3 будет уровень логической 1, а в это время на выходе элемента DD1.4 — уровень логического 0, через резисторы R5, R7 и диоды VD5—VD8 потечет ток. Ключ на этих диодах окажется открытым, сигнал с гнезд разъема XS2 попадет на гнезда разъема XS3, к которым подключаются щупы входа X осциллографа. В то же время ключ на диодах VD1—VD4 будет закрыт, сигнал с входных гнезд разъема XS1 на осциллограф не попадет.

Когда логические уровни на выходах элементов DD1.3 и DD1.4 изменятся, к осциллографу попадет сигнал, поступающий на разъем XS1. Амплитуду сигнала, поступающего с входных разъемов ХS1 и XS2 на осциллограф, можно регулировать переменными резисторами R1 и R2. Расстояние между «линиями развертки», создаваемыми коммутатором, регулируют переменным резистором R9. При перемещении движка резистора вверх по схеме эти линии расходятся, и наоборот.

Чтобы максимально подавить помехи от генератора импульсов, проникающие на входные и выходные цепи коммутатора, параллельно источнику питания (конечно, при замкнутых контактах выключателя SВ1) включена цепочка из оксидных конденсаторов С2, С3 и подстроечного резистора R10 — она создает искусственную среднюю точку.

Все диоды могут быть, кроме указанных на схеме, Д2Б — Д2Ж. Д9Б — Д9Ж, Д310, Д311, Д312. Резисторы R1, R2, R9, R10 — типа СПО, остальные — МЛТ-0,125 или МЛТ-0,25. Конденсатор С1-БМ, ПМ, КЛС, или КТ, оксидные конденсаторы С2, С3 — К50-3, K50-6, К50-12. Кнопочный выключатель — П2К с фиксацией положения. Разъемы любой конструкции, например, используемые в телевизорах в качестве антенных. Источник питания — батарея 3336 либо три последовательно соединенных элемента 316, 332, 343.

Часть деталей смонтирована на печатной плате (рис. 34) прикрепленной к крышке пластмассового корпуса (рис. 35) размерами примерно 40х70х95 мм, источник питания размещен на дне корпуса, а разъемы — на боковых стенках.

Налаживают коммутатор так. Движки резисторов R1, R2 и R9 устанавливают вначале в нижнее по схеме положение и подключают к разъему XS3 входные щупы осциллографа. Включив коммутатор, перемещением движка резистора R10 добиваются минимального уровня помех на экране осциллографа (его чувствительность желательно при этом установить возможно большую). После этого можно подавать на разъемы XS1 и XS2 контролируемые сигналы, регулировать их размах на экране осциллографа переменными резисторами R1, R2 и «раздвигать» их относительно друг друга переменным резистором R9.

При работе с этим коммутатором следует помнить, что входное сопротивление каналов при верхних по схеме положениях движков резисторов R1, R2 может падать до 1 кОм. Поэтому желательно работать при такой чувствительности осциллографа, чтобы движки этих резисторов удавалось устанавливать возможно ближе к нижним по схеме выводам. Тогда входное сопротивление каналов составит 5…10 кОм.

Другая разработка И. Нечаева — трехканальный коммутатор, позволяющий исследовать одновременно три сигнала. Особенно такой коммутатор удобен при проверке и налаживании различных устройств с цифровыми микросхемами.

Схема трехканального коммутатора приведена на рис. 36.

В нем три микросхемы и четыре транзистора. На транзисторе VT1 и элементах DD1.3, DD1.4 выполнен генератор импульсов. Частота следования импульсов зависит от номиналов деталей G1, С7 и в данном случае составляет 100… 200 кГц.

С генератором соединен делитель частоты на триггере DD3. С выходов генератора и делителя импульсы поступают на дешифратор, в котором работают элементы DD1.1, DD1.2 и DD2.1. Дешифратор управляет усилительными каскадами, собранными на транзисторах VT2—VT4. На вход каждого каскада поступает свой исследуемый сигнал, который будет виден в дальнейшем на той или иной линии развертки осциллографа. В коллекторных цепях транзисторов стоят инверторы (DD2.2—DD2.4), выходы которых подключены через резисторы (R8—R10) к гнезду XS4—его соединяют с входным щупом осциллографа, работающего в режиме открытого входа.

Работает коммутатор так. В начальный момент на одном из входов элементов дешифратора будет уровень логического 0, а значит, на их выходах, т. е. на эмиттерах транзисторов усилительных каскадов, — уровень логической 1. Если при этом на входные разъемы XS1—XS3 не будет подан сигнал (т. е. на входах коммутатора будет уровень логического 0), транзисторы окажутся закрытыми. Поскольку отсутствие входного тока элементы ТТЛ логики воспринимают как наличие на входных выводах уровня логической 1, на выходах всех инверторов будет уровень логического 0.

Если же при проверке режимов работы цифрового устройства на входы коммутатора будут поданы уровни логической 1 (3… 4 В — для ТТЛ и 6…15 В — для КМОП логики), транзисторы откроются, но на входы инверторов по-прежнему будут поступать уровни логической 1 и на выходах их сигнал не изменится.

Такое возможно лишь в первоначальный момент, пока генератор не включился в работу. Когда же генератор начнет работать, на входах дешифраторов будут появляться «различные комбинации логических уровней. Как только, скажем, на входах элемента DD1.1, управляющего усилительным каскадом первого канала, появится уровень логической 1, на его выходе установится уровень логического 0 и эмиттер транзистора VT2 практически окажется подключенным к общему проводу коммутатора (минус источника питания).

Кроме того, уровень логической 1 с выхода элемента DD2.1 поступит через делитель R12R13 на вход осциллографа и сформирует линию развертки, соответствующую «нулевому» уровню (около 1 В) первого канала коммутатора.

Если в это время на разъеме XS1 окажется уровень логического 0, линия останется на месте. При подаче же на разъем уровня логической 1 линия отклонится.

Как только уровни логической 1 окажутся на входах элемента DD1.2, вступит в действие второй канал коммутатора. В этом случае с общим проводом окажется соединенным эмиттер транзистора VT3, в результате чего параллельно резистору R13 будет подключен резистор R11 и постоянное напряжение на разъеме XS4 упадет. Сформируется «нулевая» линия развертки (около 0,5 В) второго канала.

Далее уровни логической 1 окажутся на входах элемента DD2.1, в результате чего с общим проводом окажется соединенным только эмиттер транзистора VT4. На экране осциллографа появится «нулевая» (0 В) линия третьего канала коммутатора.

«Расстояние» между линиями каналов определяется номиналами резисторов R11 и R13, а входное сопротивление каналов — номиналами резисторов R1-R3.

Хотя максимальная частота переключения каналов составляет 200 кГц, а частота исследуемого сигнала не превышает 10 кГц, вместе с контролируемым сигналом на экране осциллографа могут быть видны и моменты переключения каналов в виде светлого фона. Чтобы этот фон был слабее, нужно максимально уменьшить длину соединительного провода между коммутатором и осциллографом, а также уменьшить яркость изображения. Помогает и уменьшение частоты генератора увеличением вдвое-втрое емкости конденсатора С1.

В коммутаторе можно использовать транзисторы КТ315А-КТ315Б, КТ301Д-КТ301Ж, КТ312А, КТ312Б, а также транзисторы старых выпусков МП37 и МП38. Диоды — Д9Б — Д9Ж, Д2Б — Д2Е.

Конденсатор С1 — КТ, КД или БМ; С2 — К50-3 или К50-12 емкостью 10…50 мкФ на номинальное напряжение 5…15 В. Резисторы — МЛТ-0,125.

Большинство деталей монтируют на печатной плате (рис. 37, 38), которую затем укрепляют внутри подходящего корпуса. На лицевой стейке корпуса устанавливают входные разъемы XS1—XS3 и выходные гнезда XS4, XS5. Через отверстие в задней стенке корпуса выводят двухпроводной шнур питания, который подключают во время работы коммутатора к выпрямителю или батарее напряжением 5 В.

Налаживания правильно смонтированный коммутатор не требует. При желании повысить чувствительность коммутатора к уровню логической 1, подаваемого на вход, достаточно уменьшить сопротивление резисторов R1—R3. Правда, при этом упадет входное сопротивление коммутатора.

Генератор качающейся частоты

Чтобы иметь представление о полосе пропускаемых усилителем 3Ч частот, глубине регулировок тембра или других частотных свойствах звуковоспроизводящего устройства, приходится снимать амплитудно-частотную характеристику (АЧХ). Методика известная — вооружившись генератором 3Ч и вольтметром переменного тока или измерителем выхода, контролируют уровень выходного сигнала устройства при изменении частоты входного. А затем по полученным данным строят кривую, по которой определяют и полосу пропускаемых частот, и неравномерность частотной характеристики, и ослабление сигнала на определенной частоте и другие нужные параметры.

Стоит внести какие-то доработки в тот или иной каскад усилителя, изменить номиналы деталей цепи обратной связи — и снова все сначала.

Процедура таких испытаний, конечно, утомительна. Вот почему радиолюбители давно ищут способы визуального наблюдения АЧХ. Один из них — применение генератора качающейся частоты, позволяющего «нарисовать» на экране осциллографа огибающую АЧХ. В простейшем понимании генератор качающейся частоты (ГКЧ) представляет собой генератор 3Ч с устройством, позволяющим плавно изменять («качать») частоту выходных синусоидальных колебаний в заданном диапазоне частот. Подача таких колебаний на вход контролируемого усилителя будет равноценна ручной перестройке частоты генератора. Поэтому амплитуда выходного сигнала 3Ч будет изменяться в зависимости от частоты входного в данный момент. А значит, на экране осциллографа, подключенного к нагрузке выходного каскада, можно наблюдать огибающую АЧХ, составленную из вершин синусоидальных колебаний разной частоты.

«Качать» частоту генератора 3Ч в широком диапазоне не так просто, поэтому ГКЧ на базе генератора 3Ч обрастает множеством каскадов и становится весьма сложным устройством для начинающего радиолюбителя.

Как показывает практика, несколько проще получается приставка-ГКЧ, в которой колебания 3Ч образуются в результате биений сигналов двух генераторов, работающих на частотах в сотни килогерц. Причем один из генераторов в этом случае перестраиваемый, скажем, пилообразным напряжением генератора развертки осциллографа, а другой работает на фиксированной частоте.

По такому пути и пошел курский радиолюбитель И. Нечаев, разработавший предлагаемый ГКЧ. Генератор получился комбинированный, поскольку помимо усилителен 3Ч позволяет исследовать и усилители ПЧ супергетеродинных радиоприемников.

Схема генератора качающейся частоты приведена на рис. 39.

Основные узлы его, как вы, наверное, догадались, — неперестраиваемый и перестраиваемый генераторы. Первый из них выполнен на транзисторе VT4 по схеме емкостной трехточки. Частота колебаний (около 470 кГц) зависит от индуктивности катушки L3 и емкости конденсатора С11. Колебания возникают из-за положительной обратной связи между эмиттерной и базовой цепями транзистора. Глубина обратной связи зависит от емкости конденсатора С11 и С12, образующих делитель напряжения, и подобрана такой, чтобы форма колебаний была максимально приближена к синусоидальной. Колебания этого генератора, снимаемые с эмиттерного резистора R18, поступают на развязывающий каскад, выполненный на транзисторе VТ5, а с его коллекторной нагрузки (резистор R15) — на смеситель, собранный на транзисторе VT3.

Аналогично поступают на смеситель и колебания другого генератора перестраиваемого, выполненного на транзисторе VT1 также по схеме емкостной трехточки. Частота колебаний этого генератора зависит от индуктивности катушки L1 и емкости цепочки, включенной между выводами коллектора и эмиттера транзистора. А она, в свою очередь, составлена из параллельно включенных конденсатора С3, варикапов VD1, VD2 и последовательно включенного с этими деталями конденсатора С4. Чтобы частоту генератора можно было изменять, на аноды варикапов подают постоянное напряжение положительной полярности. Когда, к примеру, устанавливают режим «Ген.» (просто генерирование частоты) и нажимают кнопку переключателя SB1, то резистор R5, соединенный с варикапами, подключается через контакты секции SB1.1 к движку переменного резистора R2, а на верхний по схеме вывод переменного резистора подается через секцию SB1.2 напряжение питания. Перемещением движка переменного резистора теперь можно изменять частоту колебаний генератора примерно от 455 до 475 кГц (средняя частота 465 кГц — это промежуточная частота супергетеродинных приемников).

С катушки связи L2 колебания такой частоты поступают на делитель напряжения R9R14.1, а с движка переменного резистора R14.1 на выходной разъем XS2. С этого разъема сигнал подают на вход усилителя ПЧ (или его каскадов) радиоприемника.

На нагрузке же смесителя (резисторы R13, R14.2) выделяются колебания разностной частоты в пределах примерно 500 Гц…20 кГц в зависимости от частоты перестраиваемого генератора. Получить сигнал частотой менее 500 Гц не удается из-за явления синхронизации частоты обоих генераторов при небольших расхождениях в настройке. Детали С6, R13, С28 — это фильтр нижних частот, ослабляющий прошедшие через смеситель колебания генераторов. С движка переменного резистора R14.2 сигнал 3Ч подается на разъем XS3, который при работе приставки подключают ко входу проверяемого усилителя 3Ч.

Чтобы обеспечить изменение частоты перестраиваемого генератора в указанных пределах, нужно подавать с движка переменного резистора R2 постоянное напряжение от 0 до 9 В. При меньшем диапазоне изменения напряжения будет соответственно уменьшен и диапазон частот сигнала, снимаемого с разъемов XS2 и XS3.

Для получения качающейся частоты колебаний 3Ч нажимают кнопку SB3 «ГКЧ 3Ч» (при этом кнопка SB1 опускается и секция SB1.2 соединяет через резистор R1 верхний по схеме вывод резистора R2 с разъемом XS1 — на него подают пилообразное напряжение развертки с осциллографа). Резистор R1 ограничивает амплитуду этого напряжения на резисторе R2 до 9 В, чтобы максимальные изменения частоты перестраиваемою генератора составили 20 кГц (как и при перестройке генератора постоянным напряжением). Диапазон качания частоты, т. е. пределы ее изменения будут зависеть от положения движка переменного резистора R2 — чем он выше по схеме, тем больше диапазон изменения частоты.

При проверке же трактов ПЧ приемников нажимают кнопку SB2 «ГКЧПЧ». В этом случае на варикапы поступает фиксированное постоянное напряжение, снимаемое с делителя R3R4, а также пилообразное, подаваемое через конденсатор С1 с движка переменного резистора R2. Фиксированное напряжение устанавливает частоту генератора равной 465 кГц, а пилообразное изменяет ее в обе стороны максимум на 10 кГц (при установке движка переменного резистора в верхнее по схеме положение).

Как уже было сказано, при работе перестраиваемого генератора в режиме качания частоты необходимо подать на резистор R2 пилообразное напряжение амплитудой 9 В. Причем напряжение должно быть возрастающее, чтобы АЧХ соответствовала общепринятому начертанию — нижние частоты слоев, а средние и высшие — справа. Владельцы осциллографов, в которых на специальное гнездо выведено именно такое напряжение развертки, полностью повторяют приставку по приведенной схеме и подбирают нужную амплитуду пилы на выводах резистора R2 изменением поминала резистора R1.

Владельцам осциллографов с пилообразным напряжением достаточной амплитуды, но спадающим, можно рекомендовать замену транзисторов на аналогичные по мощности, но противоположной, по сравнению с указанной на схеме, структуры, изменение полярности включения варикапов и оксидного конденсатора С10, а также полярности питающего напряжения.

Владельцы же осциллографа ОМЛ-2М (ОМЛ-ЗМ) уже знают, что пилообразное напряжение, выведенное на гнездо на задней стенке осциллографа, достигает максимальной амплитуды 3,5 В, что меньше требуемого. Поэтому возможны два варианта. При первом можно вообще изъять резистор R1 и подавать пилу на разъем XS1, соединенный с верхним по схеме выводом переменного резистора R2. В этом случае максимальная частота в режиме качания уменьшится с 20 до 15 кГц, что вполне приемлемо для проверки и налаживания многих моно- и стереофонических усилителей невысокого класса.

В случае же необходимости исследовать более качественные усилители с полосой пропускаемых частот до 20 кГц придется дополнить приставку двухкаскадным усилителем на транзисторах VT6, VT7 и включить его вместо ограничительного резистора R1. Амплитуда пилы на резисторе R2 возрастет до 8…8,5 В.

Возможно, у вас возникнет вопрос о целесообразности истолкования двух каскадов для получения всего лишь менее чем тройного усиления (с 3,5 до 8,5 В). Действительно, для подобного усиления достаточно было бы и одного каскада. Но на выходе его получится спадающее пилообразное напряжение. Чтобы добиться не только нужного коэффициента усиления, но и заданной полярности сигнала, усилитель пришлось выполнить на двух транзисторах.

Перейдем к рассказу о деталях приставки-ГКЧ. Транзисторы VT3 и VT7 могут быть, кроме указанных на схеме, КТ361Д, ГТ309А-ГТ309Г, КТ326А, КТ326Б, П401-П403, П416, остальные транзисторы — КТ315А-КТ315И, КТ301Г-КТ301Ж, КТ312А-КТ312В. Варикапы VD1, VD2 — KB109A-КВ109Г. Конденсаторы C1, С2, С7, С9 — БМ, МБМ, КЛС; C10 — К50-12; остальные — КТ, КД, ПМ, КЛС.

Переменный резистор R2 может быть СПО-ОД СПЗ-9а, СПЗ-12, сдвоенный резистор R14 — СПЗ-4аМ, но его можно заменить и одинарными (R14.1 и R14.2) такого же типа, что и R2. Постоянные резисторы — МЛТ-0,125. Переключатели — П2К с зависимой фиксацией, при нажатии одной из клавиш остальные находятся в отжатом положении.

Катушки индуктивности можно намотать на каркасах ПЧ от радиоприемника «Альпинист-405» или других подобных каркасах с подстроечником из феррита. Катушки L1 и L2 наматывают на одном таком каркасе, a L3 — на другом. Данные катушек такие: L1 — 500 витков, a L2 (она размещена поверх L1) — 50 витков провода ПЭВ-2 0,09; L3 — 170 витков провода ПЭВ-2 0,1…0,12.

Разъемы — высокочастотные, от телевизионных приемников. Источник питания должен быть со стабилизированным напряжением (от этого зависит стабильность частоты генераторов) и рассчитан на ток нагрузки не менее 10 мА.

Часть деталей приставки смонтирована с одной стороны платы (рис. 40) из двустороннего фольгированного стеклотекстолита.